(57)【要約】【課題】    本発明は、より高性能、高信頼性の記憶装置、及びその記憶装置を備えた半導体装置を低コストで、歩留まりよく作製できる技術を提供することを目的とする。【解決手段】    本発明の記憶装置の一は、第１の導電層上に無機絶縁物と有機化合物との混合層と、無機絶縁物と有機化合物との混合層上に絶縁層と、絶縁層上に第２の導電層とを有し、無機絶縁物と有機化合物との混合層の膜厚は４ｎｍ以下である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層は島状形状であってもよい。【選択図】  図１
2006269950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電層上に無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層と、前記無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に絶縁層と、前記絶縁層上に第２の導電層とを有することを特徴とする記憶装置。
【請求項２】
第１の導電層上に絶縁層と、前記絶縁層上に無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層と、前記無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に第２の導電層とを有することを特徴とする記憶装置。
【請求項３】
第１の導電層上に第１の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層と、前記第１の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に絶縁層と、前記絶縁層上に第２の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層と、前記第２の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に第２の導電層とを有することを特徴とする記憶装置。
【請求項４】
第１の導電層上に無機絶縁物と有機化合物との混合層と、前記無機絶縁物と有機化合物との混合層上に絶縁層と、前記絶縁層上に第２の導電層とを有し、
前記無機絶縁物と有機化合物との混合層の膜厚は４ｎｍ以下であることを特徴とする記憶装置。
【請求項５】
第１の導電層上に絶縁層と、前記絶縁層上に無機絶縁物と有機化合物との混合層と、前記無機絶縁物と有機化合物との混合層上に第２の導電層とを有し、
前記無機絶縁物と有機化合物との混合層の膜厚は４ｎｍ以下であることを特徴とする記憶装置。
【請求項６】
第１の導電層上に第１の無機絶縁物と有機化合物との混合層と、前記第１の無機絶縁物と有機化合物との混合層上に絶縁層と、前記絶縁層上に第２の無機絶縁物と有機化合物との混合層と、前記第２の無機絶縁物と有機化合物との混合層上に第２の導電層とを有し、
前記第１の無機絶縁物と有機化合物との混合層及び前記第２の無機絶縁物と有機化合物との混合層の膜厚は４ｎｍ以下であることを特徴とする記憶装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、前記記憶装置の書きこみ後、前記第１の導電層と前記第２の導電層とは一部接することを特徴とする記憶装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項において、前記記憶装置の書きこみ後、前記第２の絶縁層の膜厚が変化することを特徴とする記憶装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項において、前記絶縁層は有機材料を含むことを特徴とする記憶装置。
【請求項１０】
第１の導電層を形成し、
前記第１の導電層上に無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層を形成し、
前記無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層上に第２の導電層を形成することを特徴とする記憶装置の作製方法。
【請求項１１】
第１の導電層を形成し、
前記第１の導電層上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層上に無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層を形成し、
前記無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に第２の導電層を形成することを特徴とする記憶装置の作製方法。
【請求項１２】
第１の導電層を形成し、
前記第１の導電層上に第１の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層を形成し、
前記第１の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層上に第２の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層を形成し、
前記第２の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に第２の導電層を形成することを特徴とする記憶装置の作製方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のいずれか一項において、前記絶縁層は有機材料を含んで形成することを特徴とする記憶装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記憶装置、及び記憶装置の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、個々の対象物にＩＤ（個体識別番号）を与えることで、その対象物の履歴等の情報を明確にし、生産・管理等に役立てるといった個体認識技術が注目されている。その中でも、非接触でデータの送受信が可能な半導体装置の開発が進められている。このような半導体装置として、特に、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）（ＩＤタグ、ＩＣタグ、ＩＣチップ、ＲＦタグ（Radio Frequency）、無線タグ、電子タグ、無線チップともよばれる）等が企業内、市場等で導入され始めている。
【０００３】
これらの半導体装置の多くは、シリコン（Ｓｉ）等の半導体基板を用いた回路（以下、ＩＣ（Integrated Circuit）チップとも記す）とアンテナとを有し、当該ＩＣチップは記憶回路（以下、メモリとも記す）や制御回路等から構成されている。また、制御回路や記憶回路等に有機化合物を用いた有機薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴとも記す）や有機メモリ等の開発が盛んに行われている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−２２６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、一対の電極間に有機化合物を設けて記憶素子を形成する有機化合物を用いた記憶回路において、記憶回路の大きさによっては、有機化合物層の膜厚が厚いと、電流が流れにくくなり駆動電圧が上昇してしまうという問題があり、一方有機化合物層の膜厚が薄いと、ゴミや電極層表面の凹凸形状の影響を受けやすくなり、メモリの特性(書き込み電圧など)にバラツキが生じる、正常な書き込みができないなどという問題がある。
【０００５】
よって、本発明は、より高性能、高信頼性の記憶装置、及びその記憶装置を備えた半導体装置を低コストで、歩留まりよく作製できる技術を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する絶縁層と、絶縁層を挟んで形成される一対の導電層において少なくても一方の導電層との間に、無機絶縁物と有機化合物との混合層を形成する。本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層は絶縁性を有する。無機絶縁物と有機化合物との混合層は、本発明において非常に薄膜であり、その材料、作製方法によっては連続した膜としての形状を示さず、不連続な島状の形状である場合がある。また、本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層の膜厚は、４ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上２ｎｍ以下がより好ましい。このような無機絶縁物と有機化合物との混合層であると、絶縁層であっても、トンネル電流が流れる。よって、第１の導電層と第２の導電層との間に電圧を印加すると、絶縁層に電流が流れて熱が発生する。そして、絶縁層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、絶縁層を形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、絶縁層の膜厚は不均一となり、絶縁層が変形し、第１の導電層と第２の導電層との一部が接して第１の導電層と第２の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。
【０００７】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置を指す。本発明を用いて多層配線層を有する集積回路や、プロセッサチップなどの半導体装置を作製することができる。
【０００８】
本発明の記憶装置の一は、第１の導電層上に無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層と、無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に絶縁層と、絶縁層上に第２の導電層とを有する。
【０００９】
本発明の記憶装置の一は、第１の導電層上に絶縁層と、絶縁層上に無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層と、無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に第２の導電層とを有する。
【００１０】
本発明の記憶装置の一は、第１の導電層上に絶縁層と、絶縁層上に無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層と、無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に第２の導電層とを有する。
【００１１】
本発明の記憶装置の一は、第１の導電層上に第１の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層と、第１の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に絶縁層と、絶縁層上に第２の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層と、第２の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に第２の導電層とを有する。
【００１２】
本発明の記憶装置の一は、第１の導電層上に無機絶縁物と有機化合物との混合層と、無機絶縁物と有機化合物との混合層上に絶縁層と、絶縁層上に第２の導電層とを有し、無機絶縁物と有機化合物との混合層の膜厚は４ｎｍ以下である。
【００１３】
本発明の記憶装置の一は、第１の導電層上に絶縁層と、絶縁層上に無機絶縁物と有機化合物との混合層と、無機絶縁物と有機化合物との混合層上に第２の導電層とを有し、無機絶縁物と有機化合物との混合層の膜厚は４ｎｍ以下である。
【００１４】
本発明の記憶装置の一は、第１の導電層上に第１の無機絶縁物と有機化合物との混合層と、第１の無機絶縁物と有機化合物との混合層上に絶縁層と、絶縁層上に第２の無機絶縁物と有機化合物との混合層と、第２の無機絶縁物と有機化合物との混合層上に第２の導電層とを有し、第１の無機絶縁物と有機化合物との混合層及び第２の無機絶縁物と有機化合物との混合層の膜厚は４ｎｍ以下である。
【００１５】
本発明の記憶装置の作製方法の一は、第１の導電層を形成し、第１の導電層上に無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層を形成し、無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に絶縁層を形成し、絶縁層上に第２の導電層を形成する。
【００１６】
本発明の記憶装置の作製方法の一は、第１の導電層を形成し、第１の導電層上に絶縁層を形成し、絶縁層上に無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層を形成し、無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に第２の導電層を形成する。
【００１７】
本発明の記憶装置の作製方法の一は、第１の導電層を形成し、第１の導電層上に第１の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層を形成し、第１の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に絶縁層を形成し、絶縁層上に第２の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層を形成し、第２の無機絶縁物と有機化合物との島状の混合層上に第２の導電層を形成する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、より高性能、高信頼性の記憶装置、及び半導体装置を低コストで、歩留まりよく作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の記憶装置が有する記憶素子の一構成例に関して図面を用いて説明する。より具体的には、記憶装置の構成がパッシブマトリクス型の場合に関して示す。
【００２１】
本発明の記憶素子とその動作機構を、図１を用いて説明する。本実施の形態では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する絶縁層と、絶縁層を挟んで形成される一対の導電層において少なくても一方の導電層との間に、無機絶縁物と有機化合物との混合層を形成する。この無機絶縁物と有機化合物との混合層を設けることで、記憶素子の特性がバラつかずに安定化し、正常な書き込みを行うことができる。
【００２２】
無機絶縁物と有機化合物との混合層は、導電層と絶縁層との間に設けられておれば良く、第１の導電層と絶縁層との間でも、第２の導電層と絶縁層との間どちらか一方に設けてもよいし、両方に設けてもよい。
【００２３】
図１（Ａ）は、第１の導電層と絶縁層との間に、無機絶縁物と有機化合物との混合層を設けた例であり、第１の導電層５０上に、無機絶縁物と有機化合物との混合層５１が形成され、順に絶縁層５２、第２の導電層５３が形成されている。
【００２４】
図１（Ｂ）は、第２の導電層と絶縁層との間に、無機絶縁物と有機化合物との混合層を設けた例であり、第１の導電層６０上に、絶縁層６２が形成され、順に絶縁層６２上に無機絶縁物と有機化合物との混合層６１、第２の導電層６３が形成されている。
【００２５】
図１（Ｃ）は、第１の導電層と絶縁層との間にも、第２の導電層と絶縁層との間にも両方無機絶縁物と有機化合物との混合層を設けた例であり、順に第１の導電層７０、第１の無機絶縁物と有機化合物との混合層、絶縁層７２、第２の無機絶縁物と有機化合物との混合層７４、第２の導電層７３が形成されている。
【００２６】
第１の導電層５０、第１の導電層６０、第１の導電層７０、第２の導電層５３、第２の導電層６３、及び第２の導電層７３の材料には導電性の高い元素や化合物等用いる。本実施の形態において絶縁層５２、絶縁層６２、及び絶縁層７２の材料には電気的作用により、結晶状態や導電性、形状が変化する物質を用いる。上記構成を有する記憶素子は電圧印加前後で導電性が変化するので、「初期状態」と「導電性変化後」とに対応した２つの値を記憶させることができる。電圧印加前後での記憶素子の導電性の変化について説明する。
【００２７】
絶縁層を形成する絶縁性材料を含む物質は、その材料のガラス転移温度まで温度が上昇すると、流動性を有するようになる。よって絶縁層は、ガラス転移温度以上では、一定の形状を保たない流動性を有する組成物となり、液体状態に近い挙動を示す。
【００２８】
本実施の形態では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する絶縁層５２を、無機絶縁物と有機化合物との混合層５１を介して、第１の導電層５０上に形成する。第１の導電層５０と第２の導電層５３との間に電圧を印加すると、絶縁層５２に電流が流れて熱が発生する。そして、絶縁層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、絶縁層５２を形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、絶縁層の膜厚は不均一となり、絶縁層が変形し、第１の導電層５０と第２の導電層５３とが接してしまい、結果第１の導電層５０と第２の導電層５３とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。
【００２９】
この結果、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、絶縁層を厚膜化できる。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。
【００３０】
なお、本発明の記憶素子に印可する電圧は、第２の導電層より第１の導電層により高い電圧をかけてもよいし、第１の導電層より第２の導電層により高い電圧をかけてもよい。記憶素子が整流性を有する場合も、順バイアス方向に電圧が印加されるように、第１の導電層と第２の導電層との間に電位差を設けてもよいし、逆バイアス方向に電圧が印加されるように、第１の導電層と第２の導電層との間に電位差を設けてもよい。
【００３１】
図３に示したのは本発明の記憶装置が有する一構成例であり、メモリセル７２１がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ７２２、カラムデコーダ７２６ａと読み出し回路７２６ｂとセレクタ７２６ｃを有するビット線駆動回路７２６、ロウデコーダ７２４ａとレベルシフタ７２４ｂを有するワード線駆動回路７２４、書き込み回路等を有し外部とのやりとりを行うインターフェイス７２３を有している。なお、ここで示す記憶装置７１６の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよいし、書き込み回路をビット線駆動回路に設けてもよい。
【００３２】
メモリセル７２１は、ワード線Ｗｙ（１≦ｙ≦ｎ）を構成する第１の導電層と、ビット線Ｂｘ（１≦ｘ≦ｍ）を構成する第２の導電層と、絶縁層とを有する。絶縁層は、第１の導電層と第２の導電層の間に単層または積層して設けられている。
【００３３】
メモリセルアレイ７２２の上面図を図２（Ａ）に、図２（Ａ）における線Ａ−Ｂの断面図を図２（Ｂ）、及び図２（Ｃ）に示す。また、図２（A）には、絶縁層７５４は省略され図示されていないが、図２（Ｂ）で示すようにそれぞれ設けられている。
【００３４】
メモリセルアレイ７２２は、第１の方向に延びた第１の導電層７５１ａ、第１の導電層７５１ｂ、第１の導電層７５１ｃ及び隔壁（絶縁層）７５５、第１の導電層７５１ａ、第１の導電層７５１ｂ、第１の導電層７５１ｃ及び隔壁（絶縁層）７５５を覆って設けられた絶縁層７５２と、第１の方向と垂直な第２の方向に延びた第２の導電層７５３ａ、第２の導電層７５３ｂ、第２の導電層７５３ａとを有している（図２（A）参照。）。第１の導電層７５１ａ、第１の導電層７５１ｂ、第１の導電層７５１ｃと第２の導電層７５３ａ、第２の導電層７５３ｂ、第２の導電層７５３ａとの間に絶縁層７５２が設けられている。また、第２の導電層７５３ａ、第２の導電層７５３ｂ、第２の導電層７５３ａを覆うように、保護膜として機能する絶縁層７５４を設けている（図２（Ｂ）参照。）。第１の導電層７５１ａ、第１の導電層７５１ｂ、第１の導電層７５１ｃ上には、無機絶縁物と有機化合物との混合層７５６が形成され、無機絶縁物と有機化合物との混合層上には絶縁層７５２が形成されている。なお、隣接する各々のメモリセル間において横方向への電界の影響が懸念される場合は、各メモリセルに設けられた絶縁層７５２を分離してもよい。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層７５６も同様にメモリセルごとに分離してもよい。
【００３５】
図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）の変形例であり、基板７６０上に、第１の導電層７６１ａ、第１の導電層７６１ｂ、第１の導電層７６１ｃ、絶縁層７６２、第２の導電層７６３ｂ、保護層である絶縁層７６４を有している。第１の導電層７９１ａ、第１の導電層７９１ｂ、第１の導電層７９１ｃ上には、無機絶縁物と有機化合物との混合層７９６が形成され、無機絶縁物と有機化合物との混合層７９６上には絶縁層７９２が形成されている。図２（Ｃ）の第１の導電層７９１ａ、第１の導電層７９１ｂ、第１の導電層７９１ｃのように、第１の導電層は、テーパーを有する形状でもよく、曲率半径が連続的に変化する形状でもよい。第１の導電層７９１ａ、第１の導電層７９１ｂ、第１の導電層７９１ｃのような形状は、液滴吐出法などを用いて形成することができる。このような曲率を有する曲面であると、積層する絶縁層や導電層のカバレッジがよい。
【００３６】
また、第１の導電層の端部を覆うように隔壁（絶縁層）を形成してもよい。隔壁（絶縁層）は、他の記憶素子間を隔てる壁のような役目を果たす。図８（Ａ）、（Ｂ）に第１の導電層の端部を隔壁（絶縁層）で覆う構造を示す。
【００３７】
図８（Ａ）に無機絶縁物と有機化合物との混合層７７６を、第１の導電層７７１ａ、第１の導電層７７１ｂ、第１の導電層７７１ｃと、絶縁層７７２との間に形成した例を示す。本実施の形態では、隔壁となる隔壁（絶縁層）７７５を、第１の導電層７７１ａ、第１の導電層７７１ｂ、第１の導電層７７１ｃの端部を覆うようにテーパーを有する形状で形成される。基板７７０上に設けられた第１の導電層７７１ａ、第１の導電層７７１ｂ、第１の導電層７７１ｃ、無機絶縁物と有機化合物との混合層７７６上に、隔壁（絶縁層）７７５を形成し、絶縁層７７２、第２の導電層７７３ｂ、絶縁層７７４を形成する。
【００３８】
図１５（Ｂ）に示す記憶装置は、隔壁（絶縁層）７６５が曲率を有し、その曲率半径が連続的に変化する形状であり、第１の導電層７６１ａ、第１の導電層７６１ｂ、第１の導電層７６１ｃ上にはそれぞれ無機絶縁物と有機化合物との混合層７６６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層７６６ｂ、無機絶縁物と有機化合物との混合層７６６ｃが形成されている。図１５（Ｂ）にように、記憶素子ごとに無機絶縁物と有機化合物との混合層を分離してもよい。基板７６０上に設けられた第１の導電層７６１ａ、第１の導電層７６１ｂ、第１の導電層７６１ｃ、無機絶縁物と有機化合物との混合層７６６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層７６６ｂ、無機絶縁物と有機化合物との混合層７６６ｃ上に絶縁層７６２、第２の導電層７６３ｂ、絶縁層７６４が形成される。
【００３９】
本発明でも用いる無機絶縁物と有機化合物との混合層の形状について、図１６を用いて説明する。図１６（Ａ１）（Ａ２）において、基板８０上に第１の導電層８１が形成され、第１の導電層８１上に無機絶縁物と有機化合物との混合層８２が形成されている。本発明で用いる無機絶縁物と有機化合物との混合層は、非常に薄膜である。よって、図１６（Ａ１）（A２）のように、膜として連続性を有さずに、不連続な島状の形状となる場合がある。図１６（Ａ１）（Ａ２）において、無機絶縁物と有機化合物との混合層８２は、無秩序に不規則な形状の島状に形成され、上面図である図１６（Ａ１）における線Ｙ−Ｚの断面図である図１６（Ａ２）で確認できるように、個々の島状の無機絶縁物と有機化合物との混合層８２は膜厚分布を有しており、その表面に凹凸形状を有する場合もある。
【００４０】
図１６（Ｂ１）（Ｂ２）は、無機絶縁物と有機化合物との混合層８７が秩序を有し規則的な島状の層で形成される例である。図１６（Ｂ１）は上面図であり、図１６（Ｂ２）は、図１６（Ｂ１）における線Ｙ−Ｚの断面図である。図１６（Ｂ１）（Ｂ２）において、基板８５上に、第１の導電層８６が形成され、第１の導電層８６上に無機絶縁物と有機化合物との混合層８７が形成されている。図１６（Ｂ１）（Ｂ２）のように、無機絶縁物と有機化合物との混合層８７を、平坦性を有する規則的な島状の形状に形成してもよい。また、このように第１の導電層８６上に、均一に規則性を有して無機絶縁物と有機化合物との混合層８７を形成するために、ドライエッチングやウェットエッチングなどのエッチングにより、パターニングしてもよいし、表面を削るなどの加工を行ってもよい。
【００４１】
勿論パターニングを行わずに選択的に形成する方法でもよい。本明細書中の他の図面において、無機絶縁層と有機絶縁層との混合層を連続的な層として記載している場合も、図１６で示すように、無機絶縁層と有機絶縁層との混合層は不連続な島状の形状である場合も含むものとする。
【００４２】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層とは、少なくとも一種類以上の無機絶縁物と、少なくとも一種類以上の有機化合物とが混合状態である場合であればよい。よって混合層中の無機絶縁物と有機化合物との混合比や、混合の状態は、用いる材料や必要とされる機能に応じて、適宜設定すればよい。例えば、無機絶縁物と有機化合物とが、混合層中において、均一に混合されていてもよいし、混合率に分布を有し不均一に混合されていてもよい。また、本発明の無機絶縁物と有機化合物との混合層は、不連続な島状の形状となる場合があるが、この場合、島状の層ごとに無機絶縁物と有機化合物との混合状態が異なっていてもよい。
【００４３】
また、本発明の記憶素子は、導電層と、絶縁層との間に無機絶縁物と有機化合物との混合層を設け、順に導電層、無機絶縁物と有機化合物との混合層、絶縁層という積層構造を有する。このような積層構造において、導電層と無機絶縁物と有機化合物との混合層との界面、及び無機絶縁層と有機絶縁層との混合層と絶縁層との界面が、連続的な界面として明確でなくてもよい。例えば、島状の無機絶縁物と有機化合物との混合層の、島状の層の間を埋めるように、絶縁層が形成されるような界面でもよい。導電層上に、無機絶縁物と有機化合物との混合層を形成する場合でも、導電層上に凹凸があり、その凹凸を埋めるように、無機絶縁物と有機化合物との混合層を形成される構造でもよい。絶縁層上に、無機絶縁物と有機化合物との混合層、無機絶縁物と有機化合物との混合層上に導電層を形成する場合も同様である。
【００４４】
無機絶縁物と有機化合物との混合層と、絶縁層とを混合した層を設けてもよい。混合層は、共蒸着などの蒸着法や、混合溶液を用いたスピンコート法など塗布法、ゾル−ゲル法、液滴吐出法や印刷法などで形成することができる。また、同時に形成するのではなく、どちらか一層を形成した後に、イオン注入法やドーピング法などによって材料を導入し、混合層を形成してもよい。
【００４５】
本発明において、熱的及び化学的に安定で、キャリア注入されない無機絶縁物と有機化合物を用いて、無機絶縁物と有機化合物との混合層を形成する。以下に無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる、無機絶縁物と有機化合物との具体例を述べる。
【００４６】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる無機絶縁物は、酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ2Ｏ）、酸化ルビジウム（Ｒｂ2Ｏ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化ラザホージウム（ＲｆＯ2）、酸化タンタル（ＴａＯ）、酸化テクネチウム（ＴｃＯ）、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化パラジウム（ＰｄＯ）、酸化銀（Ａｇ2Ｏ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）などの酸化物を用いることができる。
【００４７】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる他の無機絶縁物は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化カリウム（ＫＦ）、フッ化ルビジウム（ＲｂＦ）、フッ化ベリリウム（ＢｅＦ2）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ2）、フッ化バリウム（ＢａＦ2）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ3）、三フッ化窒素（ＮＦ3）、六フッ化硫黄（ＳＦ6）、フッ化銀（ＡｇＦ）、フッ化マンガン（ＭｎＦ3）などのフッ化物を用いることができる。
【００４８】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる他の無機絶縁物は、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化ベリリウム（ＢｅＣｌ2）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）、塩化バリウム（ＢａＣｌ2）、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3）、塩化珪素（ＳｉＣｌ4）、塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ4）、塩化スズ（ＳｎＣｌ4）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ）、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、三塩化チタン（ＴｉＣｌ3）、塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ4）、塩化鉄（ＦｅＣｌ3）、塩化パラジウム（ＰｄＣｌ２）、三塩化アンチモン（ＳｂＣｌ3）、二塩化アンチモン（ＳｂＣｌ2）、塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ2）、塩化タリウム（ＴｌＣｌ）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、塩化マンガン（ＭｎＣｌ2）、塩化ルテニウム（ＲｕＣｌ2）などの塩化物を用いることができる。
【００４９】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる他の無機絶縁物は、臭化カリウム（ＫＢｒ）、臭化セシウム（ＣｓＢｒ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）、臭化バリウム（ＢａＢｒ2）、臭化珪素（ＳｉＢｒ4）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）などの臭化物を用いることができる。
【００５０】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる他の無機絶縁物は、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化バリウム（ＢａＩ2）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）、ヨウ化銀（ＡｇＩ）、ヨウ化チタン（ＴｉＩ4）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ2）、ヨウ化珪素（ＳｉＩ4）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）などのヨウ化物を用いることができる。
【００５１】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる他の無機絶縁物は、炭酸リチウム（Ｌｉ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ3）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）、炭酸マンガン（ＭｎＣＯ3）、炭酸鉄（ＦｅＣＯ3）、炭酸コバルト（CoＣＯ3）、炭酸ニッケル（NiＣＯ3）、炭酸銅（CuＣＯ3）、炭酸銀（Ag2ＣＯ3）、炭酸亜鉛（ＺｎＣＯ3）などの炭酸塩を用いることができる。
【００５２】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる他の無機絶縁物は、硫酸リチウム（Ｌｉ2ＳＯ4）、硫酸カリウム（Ｋ2ＳＯ4）、硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ4）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ4）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）、硫酸ストロンチウム（ＳｒＳＯ4）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）、硫酸チタン（Ｔｉ2（ＳＯ4）3）、硫酸ジルコニウム（Ｚｒ（ＳＯ4）2）、硫酸マンガン（ＭｎＳＯ4）、硫酸鉄（ＦｅＳＯ4）、三硫酸二鉄（Ｆｅ2（ＳＯ4）3）、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ4）、硫酸コバルト（Ｃｏ2（ＳＯ4）3）、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ4）、硫酸銅（ＣｕＳＯ4）、硫酸銀（Ａｇ2ＳＯ4）、硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ4）、硫酸アルミニウム（Ａｌ2（ＳＯ4）3）、硫酸インジウム（Ｉｎ2（ＳＯ4）3）、硫酸スズ（ＳｎＳＯ4）、硫酸スズ（Ｓｎ（ＳＯ4）2）、硫酸アンチモン（Ｓｂ2（ＳＯ4）3）、硫酸ビスマス（Ｂｉ2（ＳＯ4）3）などの硫酸塩を用いることができる。
【００５３】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる他の無機絶縁物は、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ3）、硝酸カリウム（ＫＮＯ3）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ3）、硝酸マグネシウム（Ｍｇ（ＮＯ3）2）、硝酸カルシウム（Ｃａ（ＮＯ3）2）、硝酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＮＯ3）2）、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）、硝酸チタン（Ｔｉ（ＮＯ3）4）、硝酸ストロンチウムＳｒ（ＮＯ3）2）、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）、硝酸ジルコニウム（Ｚｒ（ＮＯ3）4）、硝酸マンガン（Ｍｎ（ＮＯ3）2）、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ3）2）、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ3）3）、硝酸コバルト（Ｃｏ（ＮＯ3）2）、硝酸ニッケル（Ｎｉ（ＮＯ3）2）、硝酸銅（Ｃｕ（ＮＯ3）2）、硝酸銀（ＡｇＮＯ3）、硝酸亜鉛（Ｚｎ（ＮＯ3）2）、硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ3）3）、硝酸インジウム（Ｉｎ（ＮＯ3）3）、硝酸スズ（Ｓｎ（ＮＯ3）2）、硝酸ビスマス（Ｂｉ（ＮＯ3）3）などの硝酸塩を用いることができる。
【００５４】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる他の無機絶縁物は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）などの窒化物、カルボン酸リチウム（ＬｉＣＯＯＣＨ3）、酢酸カリウム（ＫＣＯＯＣＨ3）、酢酸ナトリウム（ＮａＣＯＯＣＨ3）、酢酸マグネシウム（Ｍｇ（ＣＯＯＣＨ3）2）、酢酸カルシウム（Ｃａ（ＣＯＯＣＨ3）2）、酢酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＣＯＯＣＨ3）2）、酢酸バリウム（Ｂａ（ＣＯＯＣＨ3）2）などのカルボン酸塩を用いることができる。
【００５５】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる無機絶縁物は、上記無機絶縁物の一種、または複数種を用いることができる。
【００５６】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる有機化合物は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、ポリエステル、ノボラック樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、珪素樹脂、フラン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シロキサン樹脂を用いることができる。
【００５７】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる他の有機化合物は、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）や４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：ＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）や４，４’−ビス（Ｎ−（４−（Ｎ，Ｎ−ジ−ｍ−トリルアミノ）フェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）などの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する）の化合物、フタロシアニン（略称：Ｈ2Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等のフタロシアニン化合物、2Me-TPD、FTPD、TPAC、OTPAC、Diamine、PDA、トリフェニルメタン（略称：TPM）、STBなどを用いることができる。
【００５８】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる他の有機化合物は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ3）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ3）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ2）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）2）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）2）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、５，６，１１，１２−テトラフェニルテトラセン（略称：ルブレン）、ヘキサフェニルベンゼン、ｔ−ブチルペリレン、９，１０−ジ（フェニル）アントラセン、クマリン５４５Ｔ等、デンドリマー、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−［２−(１,１,７,７−テトラメチル−９−ジュロリジル)エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＪＴ）、４−ジシアノメチレン−２−ｔ−ブチル−６−［２−(１,１,７,７−テトラメチルジュロリジン−９-イル)エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＪＴＢ）、ペリフランテン、２,５−ジシアノ−１,４−ビス［２−(１０−メトキシ−１,１,７,７−テトラメチルジュロリジン−９−イル)エテニル］ベンゼン、Ｎ,Ｎ’−ジメチルキナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）、クマリン６、クマリン５４５Ｔ、トリス(８−キノリノラト)アルミニウム（略称：Ａｌｑ3）、９,９’−ビアントリル、９,１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡ）や９,１０−ビス(２−ナフチル)アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２，５，８，１１−テトラ−ｔ−ブチルペリレン（略称：ＴＢＰ）、BMD、BDD、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＢＮＤ）、BAPD、BBOT、TPQ1、TPQ2、MBDQなどを用いることができる。
【００５９】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる他の有機化合物は、ポリアセチレン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリフェニレンエチニレン類などを用いることができる。ポリパラフェニレンビニレン系には、ポリ（パラフェニレンビニレン） [ＰＰＶ] の誘導体、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレンビニレン） [ＲＯ−ＰＰＶ]、ポリ（２−（２'−エチル−ヘキソキシ）−５−メトキシ−１，４−フェニレンビニレン）[ＭＥＨ−ＰＰＶ]、ポリ（２−（ジアルコキシフェニル）−１,４−フェニレンビニレン）[ＲＯＰｈ−ＰＰＶ]等が挙げられる。ポリパラフェニレン系には、ポリパラフェニレン［ＰＰＰ］の誘導体、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレン）[ＲＯ−ＰＰＰ]、ポリ（２，５−ジヘキソキシ−１，４−フェニレン）等が挙げられる。ポリチオフェン系には、ポリチオフェン［ＰＴ］の誘導体、ポリ（３−アルキルチオフェン）［ＰＡＴ］、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）［ＰＨＴ］、ポリ（３−シクロヘキシルチオフェン）［ＰＣＨＴ］、ポリ（３−シクロヘキシル−４−メチルチオフェン）［ＰＣＨＭＴ］、ポリ（３，４−ジシクロヘキシルチオフェン）［ＰＤＣＨＴ］、ポリ［３−（４−オクチルフェニル）−チオフェン］［ＰＯＰＴ］、ポリ［３−（４−オクチルフェニル）−２，２ビチオフェン］［ＰＴＯＰＴ］等が挙げられる。ポリフルオレン系には、ポリフルオレン［ＰＦ］の誘導体、ポリ（９，９−ジアルキルフルオレン）［ＰＤＡＦ］、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）［ＰＤＯＦ］等が挙げられる。
【００６０】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる他の有機化合物は、PFBT、カルバゾール誘導体、アントラセン、coronene、peryrene、PPCP、BPPC、Boryl Anthracene、DCM、QD、Eu(TTA)3(phen)などを用いることができる。
【００６１】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層に用いることのできる有機化合物は、上記有機化合物の一種、または複数種を用いることができる。
【００６２】
本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層は、上記無機絶縁物の一種または複数種の無機絶縁物と、上記有機化合物の一種または複数種の有機化合物とを混合して形成することができる。本発明において、無機絶縁物と有機化合物との混合層は絶縁性を有する。
【００６３】
無機絶縁物と有機化合物との混合層は、共蒸着などの蒸着法、スピンコート法など塗布法、ゾル−ゲル法を用いることができる。また、特定の目的に調合された組成物の液滴を選択的に吐出（噴出）して所定のパターンに形成することが可能な、液滴吐出（噴出）法（その方式によっては、インクジェット法とも呼ばれる。）、物体が所望のパターンに転写、または描写できる方法、例えば各種印刷法（スクリーン（孔版）印刷、オフセット（平版）印刷、凸版印刷やグラビア（凹版）印刷など所望なパターンで形成される方法）なども用いることができる。
【００６４】
上記メモリセルの構成において、基板７５０、基板７６０、基板７７０、基板７８０としては、ガラス基板や可撓性基板の他、石英基板、シリコン基板、金属基板、ステンレス基板等を用いることができる。可撓性基板とは、折り曲げることができる（フレキシブル）基板のことであり、例えば、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等からなるプラスチック基板等が挙げられる。また、ラミネートフィルム（ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなる）、繊維質な材料からなる紙、基材フィルム（ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等）などを用いることもできる。また、この他にも、Ｓｉ等の半導体基板上に形成された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の上部や、ガラス等の基板上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の上部にメモリセルアレイ７２２を設けることができる。
【００６５】
また、第１の導電層７５１ａ〜７５１ｃ、第１の導電層７６１ａ〜７６１ｃ、第１の導電層７７１ａ〜７７１ｃ、第１の導電層７９１ａ〜７９１ｃ、第２の導電層７５３ａ〜７５３ｃ、第２の導電層７６３ａ〜７６３ｃ、第２の導電層７７３ａ〜７７３ｃ、第２の導電層７９３ａ〜７９３ｃには、導電性の高い元素や化合物等用いる。代表的には、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、炭素（Ｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金からなる単層または積層構造を用いることができる。上記元素を複数含んだ合金としては、例えば、ＡｌとＴｉを含んだ合金Ａｌ、ＴｉとＣを含んだ合金、ＡｌとＮｉを含んだ合金、ＡｌとＣを含んだ合金、ＡｌとＮｉとＣを含んだ合金またはＡｌとＭｏを含んだ合金等を用いることができる。
【００６６】
第１の導電層７５１ａ〜７５１ｃ、第１の導電層７６１ａ〜７６１ｃ、第１の導電層７７１ａ〜７７１ｃ、第１の導電層７９１ａ〜７９１ｃ、第２の導電層７５３ａ〜７５３ｃ、第２の導電層７６３ａ〜７６３ｃ、第２の導電層７７３ａ〜７７３ｃ、第２の導電層７８３ａ〜７８３ｃは、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、印刷法または液滴吐出法を用いて形成することができる。
【００６７】
また、第１の導電層７５１ａ〜７５１ｃ、第１の導電層７６１ａ〜７６１ｃ、第１の導電層７７１ａ〜７７１ｃ、第１の導電層７９１ａ〜７９１ｃ、第２の導電層７５３ａ〜７５３ｃ、第２の導電層７６３ａ〜７６３ｃ、第２の導電層７７３ａ〜７７３ｃ、第２の導電層７９３ａ〜７９３ｃのうち、一方または両方が透光性を有するように設けてもよい。透光性を有する導電層は、透明な導電性材料を用いて形成するか、または、透明な導電性材料でなくても光を透過する厚さで形成する。透明な導電性材料としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。ＩＴＯ及び酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（以下、ＩＴＳＯと記す）や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したものを用いても良い。
【００６８】
絶縁層７５２、絶縁層７６２、絶縁層７７２、絶縁層７９２は、有機化合物、電気的作用により導電性が変化する有機化合物、無機絶縁物、又は有機化合物と無機化合物とが混合してなる層で形成する。絶縁層７５２、絶縁層７６２、絶縁層７７２、絶縁層７９２は、単層で設けてもよいし、複数の層を積層させて設けてもよい。また、電気的作用により導電性が変化する有機化合物からなる層を積層させて設けてもよい。
【００６９】
絶縁層７５２、絶縁層７６２、絶縁層７７２、絶縁層７９２を構成することが可能な無機絶縁物としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等を用いることができる。
【００７０】
絶縁層７５２、絶縁層７６２、絶縁層７７２、絶縁層７９２を構成することが可能な有機化合物としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、エポキシ等に代表される有機樹脂を用いることができる。
【００７１】
また、絶縁層７５２、絶縁層７６２、絶縁層７７２、絶縁層７９２を構成することが可能な、電気的作用により導電性が変化する有機化合物としては、正孔輸送性を有する有機化合物材料又は電子輸送性を有する有機化合物材料を用いることができる。
【００７２】
正孔輸送性を有する有機化合物材料としては、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）や４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：ＴＰＤ）や４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）や４，４’−ビス（Ｎ−（４−（Ｎ，Ｎ−ジ−ｍ−トリルアミノ）フェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）などの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する）の化合物やフタロシアニン（略称：Ｈ2Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等のフタロシアニン化合物を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０-6ｃｍ2／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。
【００７３】
電子輸送性を有する有機化合物材料としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ3）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ3）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ2）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料を用いることができる。また、この他、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）2）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）2）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０-6ｃｍ2／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。
【００７４】
絶縁層７５２、絶縁層７６２、絶縁層７７２、絶縁層７９２は、蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成することができる。また、有機化合物と無機化合物とを含む混合層は、各々の材料を同時に成膜することにより形成することができ、抵抗加熱蒸着同士による共蒸着法、電子ビーム蒸着同士による共蒸着法、抵抗加熱蒸着と電子ビーム蒸着による共蒸着法、抵抗加熱蒸着とスパッタリングによる成膜、電子ビーム蒸着とスパッタリングによる成膜など、同種、異種の方法を組み合わせて形成することができる。また塗布法や、液滴吐出法、印刷法（スクリーン印刷やオフセット印刷など選択的にパターン形状で形成される方法）などを用いることもできる。
【００７５】
なお、絶縁層７５２、絶縁層７６２、絶縁層７７２、絶縁層７９２は、電気的作用により記憶素子の導電性が変化する膜厚で形成する。
【００７６】
隔壁（絶縁層）７６５、隔壁（絶縁層）７７５としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウムその他の無機絶縁性材料、又はアクリル酸、メタクリル酸及びこれらの誘導体、又はポリイミド(polyimide)、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール(polybenzimidazole)などの耐熱性高分子、又はシロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いる。また、ベンゾシクロブテン、パリレン、フレア、ポリイミドなどの有機材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いてもよい。作製法としては、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法などの気相成長法やスパッタリング法を用いることができる。また、液滴吐出法や、印刷法（スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンが形成される方法）を用いることもできる。塗布法で得られるＴＯＦ膜やＳＯＧ膜なども用いることができる。
【００７７】
また、液滴吐出法により、導電層、絶縁層などを、組成物を吐出し形成した後、その平坦性を高めるために表面を圧力によってプレスして平坦化してもよい。プレスの方法としては、ローラー状のものを表面に走査することによって、凹凸をならすように軽減したり、平坦な板状な物で表面を垂直にプレスしたりしてもよい。プレスする時に、加熱工程を行っても良い。また溶剤等によって表面を軟化、または融解させエアナイフで表面の凹凸部を除去しても良い。また、ＣＭＰ法を用いて研磨しても良い。この工程は、液滴吐出法によって凹凸が生じる場合に、その表面の平坦化する場合適用することができる。
【００７８】
また、本実施の形態の上記構成において、第１の導電層５０、第１の導電層６０、第１の導電層７０、第１の導電層７５１ａ〜７５１ｃ、第１の導電層７６１ａ〜７６１ｃ、第１の導電層７７１ａ〜７７１ｃ、第１の導電層７９１ａ〜７９１ｃと、無機絶縁物と有機化合物との混合層５１、絶縁層６２、無機絶縁物と有機化合物との混合層７１、無機絶縁物と有機化合物との混合層７５６、無機絶縁物と有機化合物との混合層７６６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層７６６ｂ、無機絶縁物と有機化合物との混合層７７６、無機絶縁物と有機化合物との混合層７９６との間に、整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子とは、ゲート電極とドレイン電極を接続したトランジスタ、またはダイオードである。このように、整流性があるダイオードを設けることにより、１つの方向にしか電流が流れないために、誤差が減少し、読み出しマージンが向上する。なお、整流性を有する素子は、絶縁層５２、無機絶縁物と有機化合物との混合層６１、無機絶縁物と有機化合物との混合層７４、絶縁層７５２、絶縁層７６２、絶縁層７７２、絶縁層７９２と、第２の導電層５３、第２の導電層６３、第２の導電層７３、第２の導電層７５３ａ〜７５３ｃ、第２の導電層７６３ａ〜７６３ｃ、第２の導電層７７３ａ〜７７３ｃ、第２の導電層７９３ａ〜７９３ｃとの間に設けてもよい。
【００７９】
本発明の記憶素子によって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、絶縁層を厚膜化できる。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。この結果、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。
【００８０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態１とは異なる構成を有する記憶装置について説明する。具体的には、記憶装置の構成がアクティブマトリクス型の場合に関して示す。
【００８１】
図５に示したのは本実施の形態で示す記憶装置の一構成例であり、メモリセル２３１がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ２３２、カラムデコーダ２２６ａと読み出し回路２２６ｂとセレクタ２２６ｃを有するビット線駆動回路２２６、ロウデコーダ２２４ａとレベルシフタ２２４ｂを有するワード線駆動回路２２４、書き込み回路等を有し外部とのやりとりを行うインターフェイス２２３を有している。なお、ここで示す記憶装置２１７の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよいし、書き込み回路をビット線駆動回路に設けてもよい。
【００８２】
メモリセル２３１は、ワード線Ｗｙ（１≦ｙ≦ｎ）を構成する第１の配線と、ビット線Ｂｘ（１≦ｘ≦ｍ）を構成する第２の配線と、トランジスタ２１０ａと、記憶素子２１５ｂと、メモリセル２３１とを有する。記憶素子２１５ｂは、一対の導電層の間に、絶縁層が挟まれた構造を有する。
【００８３】
メモリセルアレイ２３２の上面図を図４（Ａ）に、図４（Ａ）における線Ｅ−Ｆの断面図を図４（Ｂ）に示す。また、図４（A）には、無機絶縁物と有機化合物との混合層２１６、絶縁層２１２、第２の導電層２１３及び絶縁層２１４は省略され図示されていないが、図４（Ｂ）で示すようにそれぞれ設けられている。
【００８４】
メモリセルアレイ２３２は、第１の方向に延びた第１の配線２０５ａ及び第１の配線２０５ｂと、第１の方向と垂直な第２の方向に延びた第２の配線２０２とがマトリクス状に設けられている。また、第１の配線はトランジスタ２１０ａ及びトランジスタ２１０ｂのソース電極又はドレイン電極に接続されており、第２の配線はトランジスタ２１０ａ及びトランジスタ２１０ｂのゲート電極に接続されている。さらに、第１の配線と接続されていないトランジスタ２１０ａ及びトランジスタ２１０ｂのソースまたはドレイン電極に、それぞれ第１の導電層２０６ａ及び第１の導電層２０６ｂが接続され、それぞれ第１の導電層２０６ａ及び第１の導電層２０６ｂ、無機絶縁物と有機化合物との混合層２１６、絶縁層２１２、第２の導電層２１３の積層構造によって記憶素子２１５ａ、記憶素子２１５ｂが設けられている。隣接する各々のメモリセル２３１の間に隔壁（絶縁層）２０７を設けて、第１の導電層と隔壁（絶縁層）２０７上に絶縁層２１２および第２の導電層２１３を積層して設けている。第２の導電層２１３上に保護層となる絶縁層２１４を有している。また、トランジスタ２１０ａ、トランジスタ２１０ｂとして、薄膜トランジスタを用いている（図４（Ｂ）参照。）。
【００８５】
図４（Ｂ）の記憶装置は基板２００上に設けられており、絶縁層２０１ａ、絶縁層２０１ｂ、絶縁層２０８、絶縁層２０９、絶縁層２１１、トランジスタ２１０ａを構成する半導体層２０４ａ、ゲート電極層２０２ａ、ソース電極層又はドレイン電極層を兼ねる配線２０５ａ、トランジスタ２１０ｂを構成する半導体層２０４ｂ、ゲート電極層２０２ｂを有している。実施の形態１において示した図８では、無機絶縁物と有機化合物との混合層を、隔壁を形成する前に形成する構成としたが、本実施の形態では、無機絶縁物と有機化合物との混合層２１６を、隔壁（絶縁層）２０７形成後に形成する例を示す。本発明においては、導電層と、絶縁層との間に無機絶縁物と有機化合物との混合層を設ける構成であればよいので、無機絶縁物と有機化合物との混合層を形成する工程は、隔壁を形成する構成と前後にしても構わない。第１の導電層２０６ａ、第１の導電層２０６ｂ、隔壁（絶縁層）２０７上に無機絶縁物と有機化合物との混合層２１６が形成され、無機絶縁物と有機化合物との混合層２１６上に、順に絶縁層２１２、第２の導電層２１３が形成されている。本実施の形態では、第１の導電層と絶縁層との間に、無機絶縁物と有機化合物との混合層を設ける構成としたが、実施の形態１で示したように、絶縁層と第２の導電層との間のみに無機絶縁物と有機化合物との混合層を設ける構成としてもよいし、絶縁層を挟むように、順に第１の導電層、第１の無機絶縁物と有機化合物との混合層、絶縁層、第２の無機絶縁物と有機化合物との混合層、第２の導電層の積層構造としてもよい。
【００８６】
無機絶縁物と有機化合物との混合層２１６は、本実施の形態において非常に薄膜であり、その材料、作製方法によっては連続した膜としての形状を示さず、不連続な島状の形状である場合がある。また、本実施の形態において、無機絶縁物と有機化合物との混合層２１６の膜厚は、４ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上２ｎｍ以下がより好ましい。このような無機絶縁物と有機化合物との混合層２１６であると、絶縁層であっても、トンネル電流が流れる。よって、第１の導電層２０６ａ、第１の導電層２０６ｂと、第２の導電層２１３とに電圧を印加することにより、無機絶縁物と有機化合物との混合層２１６及び絶縁層２１２に電流が流れる。無機絶縁物と有機化合物との混合層は、安定して電流を流す効果を有する。よって、ジュール熱によって絶縁層の温度は上昇し、流動化し、流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに移動する。よって、絶縁層２１２の膜厚は不均一となり、絶縁層２１２が変形し、第１の導電層と第２の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。
【００８７】
この結果、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、絶縁層を厚膜化できる。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。
【００８８】
また、図６に示すように、単結晶半導体基板２５０上に設けられた電界効果トランジスタ２６０ａ、電界効果トランジスタ２６０ｂに記憶素子２６５ａ、記憶素子２６５ｂが接続されていてもよい。ここでは、電界効果トランジスタ２６０ａ及び電界効果トランジスタ２６０ｂのソース電極層又はドレイン電極層２５５ａ〜２５５ｄを覆うように絶縁層２７０を設け、絶縁層２７０上に第１の導電層２５６ａ、第１の導電層２５６ｂ、隔壁（絶縁層）２６７、無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ｂ、絶縁層２６２ａ、絶縁層２６２ｂ、第２の導電層２６３で記憶素子２６５ａ、記憶素子２６５ｂを構成する。無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ｂ、絶縁層２６２ａ、絶縁層２６２ｂのように無機絶縁物と有機化合物との混合層及び絶縁層は、各メモリセルのみに、マスク等を用いて選択的に設けてもよい。また、図６に示す記憶装置は、素子分離領域２６８、絶縁層２６９、絶縁層２６１、絶縁層２６４も有している。第１の導電層２５６ａ、第１の導電層２５６ｂ、隔壁２６７上に無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ｂが形成され、無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ｂ上に、絶縁層２６２ａ、絶縁層２６２ｂ、第２の導電層２６３が形成されている。本実施の形態では、第１の導電層と絶縁層との間に、無機絶縁物と有機化合物との混合層を設ける構成としたが、実施の形態１で示したように、絶縁層と第２の導電層との間のみに無機絶縁物と有機化合物との混合層を設ける構成としてもよいし、絶縁層を挟むように、順に第１の導電層、第１の無機絶縁物と有機化合物との混合層、絶縁層、第２の無機絶縁物と有機化合物との混合層、第２の導電層の積層構造としてもよい。
【００８９】
無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ｂは、本実施の形態において非常に薄膜であり、その材料、作製方法によっては連続した膜としての形状を示さず、不連続な島状の形状である場合がある。また、本実施の形態において、無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ｂの膜厚は、４ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上２ｎｍ以下がより好ましい。このような無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ｂであると、絶縁層であっても、トンネル電流が流れる。よって、第１の導電層２５６ａ、第１の導電層２５６ｂと、第２の導電層２６３とに電圧を印加することにより、無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層２６６ｂ、絶縁層２６２ａ及び絶縁層２６２ｂに電流が流れる。無機絶縁物と有機化合物との混合層は、安定して電流を流す効果を有する。よって、ジュール熱によって絶縁層の温度は上昇し、流動化し、流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに移動する。よって、絶縁層２６２ａ及び絶縁層２６２ｂの膜厚は不均一となり、絶縁層２６２ａ及び絶縁層２６２ｂが変形し、第１の導電層と第２の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。
【００９０】
この結果、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、絶縁層を厚膜化できる。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。
【００９１】
このように、絶縁層２７０を設けて記憶素子を形成することによって第１の導電層を自由に配置することができる。つまり、図４（Ｂ）の構成では、トランジスタ２１０ａ、トランジスタ２１０ｂのソース電極層又はドレイン電極層を避けた領域に記憶素子２１５ａ、記憶素子２１５ｂを設ける必要があったが、上記構成とすることによって、例えば、トランジスタ２１０ａ、トランジスタ２１０ｂの上方に記憶素子２１５ａ、記憶素子２１５ｂを形成することが可能となる。その結果、記憶装置２１７をより高集積化することが可能となる。
【００９２】
トランジスタ２１０ａ、トランジスタ２１０ｂはスイッチング素子として機能し得るものであれば、どのような構成で設けてもよい。半導体層も非晶質半導体、結晶性半導体、多結晶半導体、微結晶半導体など様々な半導体を用いることができ、有機化合物を用いて有機トランジスタを形成してもよい。図４（Ａ）では、絶縁性を有する基板上にプレーナ型の薄膜トランジスタを設けた例を示しているが、スタガ型や逆スタガ型等の構造でトランジスタを形成することも可能である。
【００９３】
図７に、逆スタガ型の構造の薄膜トランジスタを用いた例を示す。基板２８０上に、逆スタガ型の構造の薄膜トランジスタであるトランジスタ２９０ａ、トランジスタ２９０ｂが設けられている。トランジスタ２９０ａは、絶縁層２８８、ゲート電極層２８１、非晶質半導体層２８２、一導電型を有する半導体層２８３ａ、一導電型を有する半導体層２８３ｂ、ソース電極層又はドレイン電極層２８５を有し、ソース電極層又はドレイン電極層は記憶素子を構成する第１の導電層２８６である。第１の導電層２８６ａ、第１の導電層２８６ｂの端部を覆うように隔壁（絶縁層）２８７を積層し、第１の導電層２８６ａ、第１の導電層２８６ｂ、隔壁（絶縁層）２８７上に絶縁層２９２、第２の導電層２９３、保護層である絶縁層２９４が形成され、記憶素子２９５ａ、記憶素子２９５ｂを構成している。第１の導電層２８６ａ、第１の導電層２８６ｂ、隔壁（絶縁層）２８７上に無機絶縁物と有機化合物との混合層２９６が形成され、無機絶縁物と有機化合物との混合層２９６上に、絶縁層２９２、第２の導電層２９３が形成されている。本実施の形態では、第１の導電層と絶縁層との間に、無機絶縁物と有機化合物との混合層を設ける構成としたが、実施の形態１で示したように、絶縁層と第２の導電層との間のみに無機絶縁物と有機化合物との混合層を設ける構成としてもよいし、絶縁層を挟むように、順に第１の導電層、第１の無機絶縁物と有機化合物との混合層、絶縁層、第２の無機絶縁物と有機化合物との混合層、第２の導電層の積層構造としてもよい。
【００９４】
無機絶縁物と有機化合物との混合層２９６は、本実施の形態において非常に薄膜であり、その材料、作製方法によっては連続した膜としての形状を示さず、不連続な島状の形状である場合がある。また、本実施の形態において、無機絶縁物と有機化合物との混合層２９６の膜厚は４ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上２ｎｍ以下がより好ましい。このような無機絶縁物と有機化合物との混合層２９６であると、絶縁層であっても、トンネル電流が流れる。よって、第１の導電層２８６ａ、第１の導電層２８６ｂと、第２の導電層２９３とに電圧を印加することにより、無機絶縁物と有機化合物との混合層２９６及び絶縁層２９２に電流が流れる。無機絶縁物と有機化合物との混合層は、安定して電流を流す効果を有する。よって、ジュール熱によって絶縁層の温度は上昇し、流動化し、流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに移動する。よって、絶縁層２９２の膜厚は不均一となり、絶縁層２９２が変形し、第１の導電層と第２の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。
【００９５】
この結果、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、絶縁層を厚膜化できる。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。
【００９６】
図７に示す記憶装置は、ゲート電極層２８１、ソース電極層又はドレイン電極層２８５、第１の導電層２８６ａ、第１の導電層２８６ｂ、隔壁（絶縁層）２８７を液滴吐出法を用いて形成する。液滴吐出法とは流動体である構成物形成材料を含む組成物を、液滴として吐出（噴出）し、所望なパターン形状に形成する方法である。構成物の被形成領域に、構成物形成材料を含む液滴を吐出し、焼成、乾燥等を行って固定化し所望なパターンの構成物を形成する。
【００９７】
液滴吐出法に用いる液滴吐出装置の一態様を図１５に示す。液滴吐出手段１４０３の個々のヘッド１４０５、ヘッド１４１２は制御手段１４０７に接続され、それがコンピュータ１４１０で制御することにより予めプログラミングされたパターンに描画することができる。描画するタイミングは、例えば、基板１４００上に形成されたマーカー１４１１を基準に行えば良い。或いは、基板１４００の縁を基準にして基準点を確定させても良い。これを撮像手段１４０４で検出し、画像処理手段１４０９にてデジタル信号に変換したものをコンピュータ１４１０で認識して制御信号を発生させて制御手段１４０７に送る。撮像手段１４０４としては、電荷結合素子（ＣＣＤ）や相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）を利用したイメージセンサなどを用いることができる。勿論、基板１４００上に形成されるべきパターン形状の情報は記憶媒体１４０８に格納されたものであり、この情報を基にして制御手段１４０７に制御信号を送り、液滴吐出手段１４０３の個々のヘッド１４０５、ヘッド１４１２を個別に制御することができる。吐出する材料は、材料供給源１４１３、材料供給源１４１４より配管を通してヘッド１４０５、ヘッド１４１２にそれぞれ供給される。
【００９８】
ヘッド１４０５内部は、点線１４０６が示すように液状の材料を充填する空間と、吐出口であるノズルを有する構造となっている。図示しないが、ヘッド１４１２もヘッド１４０５と同様な内部構造を有する。ヘッド１４０５とヘッド１４１２のノズルを異なるサイズで設けると、異なる材料を異なる幅で同時に描画することができる。一つのヘッドで、導電性材料や有機、無機材料などをそれぞれ吐出し、描画することができ、層間膜のような広領域に描画する場合は、スループットを向上させるため複数のノズルより同材料を同時に吐出し、描画することができる。大型基板を用いる場合、ヘッド１４０５、ヘッド１４１２は基板上を、矢印の方向に自在に走査し、描画する領域を自由に設定することができ、同じパターンを一枚の基板に複数描画することができる。
【００９９】
液滴吐出法を用いて導電層を形成する場合、粒子状に加工された導電性材料を含む組成物を吐出し、焼成によって融合や融着接合させ固化することで導電層を形成する。このように導電性材料を含む組成物を吐出し、焼成することによって形成された導電層（または絶縁層）においては、スパッタ法などで形成した導電層（または絶縁層）が、多くは柱状構造を示すのに対し、多くの粒界を有する多結晶状態を示すことが多い。
【０１００】
また、トランジスタに含まれる半導体層の構造もどのようなものを用いてもよく、例えば不純物領域（ソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域を含む）を形成してもよいし、ｐチャネル型またはｎチャネル型のどちらで形成してもよい。また、ゲート電極の側面と接するように絶縁層（サイドウォール）を形成してもよいし、ソース、ドレイン領域とゲート電極の一方または両方にシリサイド層を形成してもよい。シリサイド層の材料としては、ニッケル、タングステン、モリブデン、コバルト、白金等を用いることができる。
【０１０１】
本実施の形態で示した第１の導電層２０６ａ、２０６ｂ、２５６ａ、２５６ｂ、２８６ａ、２８６ｂと第２の導電層２１３、２６３、２９３の材料および形成方法は、上記実施の形態１で示した材料および形成方法のいずれかを用いて同様に行うことができる。
【０１０２】
また、絶縁層２１２、２６２ａ、２６２ｂ、２９２は、上記実施の形態１で示した絶縁層７５２と同様の材料および形成方法を用いて設けることができる。
【０１０３】
また、第１の導電層２０６ａ、２０６ｂ、２５６ａ、２５６ｂ、２８６ａ、２８６ｂと無機絶縁物と有機化合物との混合層２１６、２６６ａ、２６６ｂ、２９６との間に、整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子とは、ゲート電極とドレイン電極を接続したトランジスタ、又はダイオードである。例えば、Ｎ型半導体層およびＰ型半導体層を積層させて設けられたＰＮ接合ダイオードを用いることができる。このように、整流性があるダイオードを設けることにより、１つの方向にしか電流が流れないために、誤差が減少し、読み出しマージンが向上する。なお、ダイオードを設ける場合、ＰＮ接合を有するダイオードではなく、ＰＩＮ接合を有するダイオードやアバランツェダイオード等の、他の構成のダイオードを用いてもよい。なお、絶縁層２１２、２６２ａ、２６２ｂ、２９２と第２の導電層２１３、２６３、２９３との間に設けてもよい。
【０１０４】
本発明の記憶素子によって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、絶縁層を厚膜化できる。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。この結果、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。
【０１０５】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で示す記憶装置を有する半導体装置の一例に関して図面を用いて説明する。
【０１０６】
本実施の形態で示す半導体装置は、非接触でデータの読み出しと書き込みが可能であることを特徴としており、データの伝送形式は、一対のコイルを対向に配置して相互誘導によって交信を行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交信する電磁誘導方式、電波を利用して交信する電波方式の３つに大別されるが、いずれの方式を用いてもよい。また、データの伝送に用いるアンテナは２通りの設け方があり、１つは複数の素子および記憶素子が設けられた基板上にアンテナを設ける場合、もう１つは複数の素子および記憶素子が設けられた基板に端子部を設け、当該端子部に別の基板に設けられたアンテナを接続して設ける場合がある。
【０１０７】
まず、複数の素子および記憶素子が設けられた基板上にアンテナを設ける場合の半導体装置の一構成例を、図１０を用いて説明する。
【０１０８】
図１０はアクティブマトリクス型で構成される記憶装置を有する半導体装置を示しており、基板３００上にトランジスタ３１０ａ、３１０ｂを有するトランジスタ部３３０、トランジスタ３２０ａ、トランジスタ３２０ｂを有するトランジスタ部３４０、絶縁層３０１ａ、３０１ｂ、３０８、３１１、３１６、３１４を含む素子形成層３３５が設けられ、素子形成層３３５の上方に記憶素子部３２５とアンテナとして機能する導電層３４３が設けられている。
【０１０９】
なお、ここでは素子形成層３３５の上方に記憶素子部３２５またはアンテナとして機能する導電層３４３を設けた場合を示しているが、この構成に限られず記憶素子部３２５またはアンテナとして機能する導電層３４３を、素子形成層３３５の下方や同一の層に設けることも可能である。
【０１１０】
記憶素子部３２５は、記憶素子３１５ａ、３１５ｂで構成され、記憶素子３１５ａは第１の導電層３０６ａ上に、隔壁（絶縁層）３０７ａ、隔壁（絶縁層）３０７ｂ、絶縁層３１２及び第２の導電層３１３が積層して構成され、記憶素子３１５ｂは、第１の導電層３０６ｂ上に、隔壁（絶縁層）３０７ｂ、隔壁（絶縁層）３０７ｃ、無機絶縁物と有機化合物との混合層３２６、絶縁層３１２及び第２の導電層３１３が積層して設けられている。また、第２の導電層３１３を覆って保護膜として機能する絶縁層３１４が形成されている。また、複数の記憶素子３１５ａ、３１５ｂが形成される第１の導電層３０６ａ、第１の導電層３０６ｂは、トランジスタ３１０ａ、トランジスタ３１０ｂそれぞれのソース電極層又はドレイン電極層に、接続されている。すなわち、記憶素子はそれぞれひとつのトランジスタに接続されている。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層３２６及び絶縁層３１２が第１の導電層３０６ａ、３０６ｂおよび隔壁（絶縁層）３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃを覆うように全面に形成されているが、各メモリセルに選択的に形成されていてもよい。なお、記憶素子３１５ａ、３１５ｂは上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。
【０１１１】
本発明においては、導電層と、絶縁層との間に無機絶縁物と有機化合物との混合層を設ける構成であればよいので、無機絶縁物と有機化合物との混合層を形成する工程は、隔壁を形成する工程の前に行っても後に行っても構わない。本実施の形態では、第１の導電層と絶縁層との間に、無機絶縁物と有機化合物との混合層を設ける構成としたが、実施の形態１で示したように、絶縁層と第２の導電層との間のみに無機絶縁物と有機化合物との混合層を設ける構成としてもよいし、絶縁層を挟むように、順に第１の導電層、第１の無機絶縁物と有機化合物との混合層、絶縁層、第２の無機絶縁物と有機化合物との混合層、第２の導電層の積層構造としてもよい。
【０１１２】
無機絶縁物と有機化合物との混合層３２６は、本実施の形態において非常に薄膜であり、その材料、作製方法によっては連続した膜としての形状を示さず、不連続な島状の形状である場合がある。また、本実施の形態において、無機絶縁物と有機化合物との混合層３２６の膜厚は、４ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上２ｎｍ以下がより好ましい。このような無機絶縁物と有機化合物との混合層３２６であると、絶縁層であっても、トンネル電流が流れる。よって、第１の導電層３０６ａ、第１の導電層３０６ｂ、と第２の導電層３１３に電圧を印加することにより、無機絶縁物と有機化合物との混合層３２６及び絶縁層３１２に電流が流れる。無機絶縁物と有機化合物との混合層３２６は、安定して電流を流す効果を有する。よって、ジュール熱によって絶縁層３１２の温度は上昇して、流動化し、流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに移動する。よって、絶縁層３１２の膜厚は不均一となり、絶縁層３１２が変形し、第１の導電層３０６ａ、第１の導電層３０６ｂと第２の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。
【０１１３】
この結果、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、絶縁層を厚膜化できる。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。
【０１１４】
また、記憶素子３１５ａにおいて、上記実施の形態で示したように、第１の導電層３０６ａと無機絶縁物と有機化合物との混合層３２６との間、または絶縁層３１２と第２の導電層３１３との間に整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子も上述したものを用いることが可能である。なお、記憶素子３１５ｂにおいても同様である。
【０１１５】
ここでは、アンテナとして機能する導電層３４３は第２の導電層３１３と同一の層で形成された導電層３４２上に設けられている。なお、第２の導電層３１３と同一の層でアンテナとして機能する導電層を形成してもよい。
【０１１６】
アンテナとして機能する導電層３４３の材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）等から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金等を用いることができる。また、アンテナとして機能する導電層３４３の形成方法は、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の各種印刷法または液滴吐出法等を用いることができる。
【０１１７】
素子形成層３３５に含まれるトランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄは、ｐチャネル型ＴＦＴ、ｎチャネル型ＴＦＴまたはこれらを組み合わせたＣＭＯＳで設けることができる。また、トランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄに含まれる半導体層の構造もどのようなものを用いてもよく、例えば不純物領域（ソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域を含む）を形成してもよいし、ｐチャネル型またはｎチャネル型のどちらで形成してもよい。また、ゲート電極の側面と接するように絶縁層（サイドウォール）を形成してもよいし、ソース、ドレイン領域とゲート電極の一方または両方にシリサイド層を形成してもよい。シリサイド層の材料としては、ニッケル、タングステン、モリブデン、コバルト、白金等を用いることができる。
【０１１８】
また、素子形成層３３５に含まれるトランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄは、当該トランジスタを構成する半導体層を有機化合物で形成する有機トランジスタで設けてもよい。この場合、基板３００としてプラスチック等の可撓性を有する基板上に、直接印刷法や液滴吐出法等を用いて有機トランジスタからなる素子形成層３３５を形成することができる。印刷法や液滴吐出法等を用いて形成することによってより低コストで半導体装置を作製することが可能となる。
【０１１９】
また、素子形成層３３５、記憶素子３１５ａ、３１５ｂ、アンテナとして機能する導電層３４３は、上述したように蒸着、スパッタ法、ＣＶＤ法、印刷法または液滴吐出法等を用いて形成することができる。なお、各場所によって異なる方法を用いて形成してもかまわない。例えば、高速動作が必要とされるトランジスタは基板上にＳｉ等からなる半導体層を形成した後に熱処理により結晶化させて設け、その後、素子形成層の上方にスイッチング素子として機能するトランジスタを印刷法や液滴吐出法を用いて有機トランジスタとして設けることができる。
【０１２０】
なお、トランジスタに接続するセンサを設けてもよい。センサとしては、温度、湿度、照度、ガス（気体）、重力、圧力、音（振動）、加速度、その他の特性を物理的又は化学的手段により検出する素子が挙げられる。センサは、代表的には抵抗素子、容量結合素子、誘導結合素子、光起電力素子、光電変換素子、熱起電力素子、トランジスタ、サーミスタ、ダイオードなどの半導体素子で形成される。
【０１２１】
次に、複数の素子および記憶素子が設けられた基板に端子部を設け、当該端子部に別の基板に設けられたアンテナを接続して設ける場合の半導体装置の一構成例に関して図１１を用いて説明する。
【０１２２】
図１１はパッシブマトリクス型の記憶装置を有する半導体装置を示しており、基板３５０上に素子形成層３８５が設けられ、素子形成層３８５の上方に記憶素子部３７５が設けられ、基板３９６に設けられたアンテナとして機能する導電層３９３が素子形成層３８５と接続するように設けられている。なお、ここでは素子形成層３８５の上方に記憶素子部３７５またはアンテナとして機能する導電層３９３を設けた場合を示しているが、この構成に限られず記憶素子部３７５を素子形成層３８５の下方や同一の層に、またはアンテナとして機能する導電層３９３を素子形成層３８５の下方に設けることも可能である。
【０１２３】
記憶素子部３７５は、記憶素子３６５ａ、３６５ｂで構成され、記憶素子３６５ａは第１の導電層３５６上に、隔壁（絶縁層）３５７ａ、隔壁（絶縁層）３５７ｂ、無機絶縁物と有機化合物との混合層３７６ａ、絶縁層３６２ａ及び第２の導電層３６３ａが積層して構成され、記憶素子３６５ｂは、第１の導電層３５６上に、隔壁（絶縁層）３５７ｂ、隔壁（絶縁層）３５７ｃ、無機絶縁物と有機化合物との混合層３７６ｂ、絶縁層３６２ｂ及び第２の導電層３６３ｂが積層して設けられている。また、第２の導電層３６３ａ、３６３ｂを覆って保護膜として機能する絶縁層３６４が形成されている。また、複数の記憶素子３６５ａ、３６５ｂが形成される第１の導電層３５６は、トランジスタ３６０ｂひとつのソース電極層又はドレイン電極層に、接続されている。すなわち、記憶素子は同じひとつのトランジスタに接続されている。また、絶縁層３６２ａ、絶縁層３６２ｂはメモリセルごとに絶縁層を分離するための隔壁（絶縁層）３５７ａ、３５７ｂ、３５７ｃを設けているが、隣接するメモリセルにおいて横方向への電界の影響が懸念されない場合は、全面に形成してもよい。なお、記憶素子３６５ａ、３６５ｂは上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。
【０１２４】
本発明においては、導電層と、絶縁層との間に無機絶縁物と有機化合物との混合層を設ける構成であればよいので、無機絶縁物と有機化合物との混合層を形成する工程は、隔壁を形成する工程の前に行っても後に行っても構わない。本実施の形態では、第１の導電層と絶縁層との間に、無機絶縁物と有機化合物との混合層を設ける構成としたが、実施の形態１で示したように、絶縁層と第２の導電層との間のみに無機絶縁物と有機化合物との混合層を設ける構成としてもよいし、絶縁層を挟むように、順に第１の導電層、第１の無機絶縁物と有機化合物との混合層、絶縁層、第２の無機絶縁物と有機化合物との混合層、第２の導電層の積層構造としてもよい。
【０１２５】
無機絶縁物と有機化合物との混合層３７６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層３７６ｂは、本実施の形態において非常に薄膜であり、その材料、作製方法によっては連続した膜としての形状を示さず、不連続な島状の形状である場合がある。また、本実施の形態において、無機絶縁物と有機化合物との混合層３７６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層３７６ｂの膜厚は、４ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上２ｎｍ以下がより好ましい。このような無機絶縁物と有機化合物との混合層３７６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層３７６ｂであると、絶縁層であっても、トンネル電流が流れる。よって、第１の導電層３５６と、第２の導電層３６３ａ、第２の導電層３６３ｂとに電圧を印加することにより、無機絶縁物と有機化合物との混合層３７６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層３７６ｂ、絶縁層３６２ａ、絶縁層３６２ｂに電流が流れる。無機絶縁物と有機化合物との混合層３７６ａ、無機絶縁物と有機化合物との混合層３７６ｂは、安定して電流を流す効果を有する。よって、ジュール熱によって絶縁層３６２ａ及び絶縁層３６２ｂの温度は上昇して、流動化し、流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに移動する。よって、絶縁層３６２ａ及び絶縁層３６２ｂの膜厚は不均一となり、絶縁層３６２ａ及び絶縁層３６２ｂが変形し、第１の導電層３５６と、それぞれ第２の導電層３６３ａ、第２の導電層３６３ｂ層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。
【０１２６】
この結果、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、絶縁層を厚膜化できる。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。
【０１２７】
また、素子形成層３８５と記憶素子部３７５とを含む基板と、アンテナとして機能する導電層３９３が設けられた基板３９６は、接着性を有する樹脂３９５により貼り合わされている。そして、素子形成層３８５と導電層３９３とは樹脂３９５中に含まれる導電性微粒子３９４を介して電気的に接続されている。また、銀ペースト、銅ペースト、カーボンペースト等の導電性接着剤や半田接合を行う方法を用いて素子形成層３８５と記憶素子部３７５を含む基板と、アンテナとして機能する導電層３９３が設けられた基板３９６とを貼り合わせてもよい。
【０１２８】
このように、記憶装置およびアンテナを備えた半導体装置を形成することができる。また、本実施の形態では、基板上に薄膜トランジスタを形成して素子形成層を設けることもできるし、基板としてＳｉ等の半導体基板を用いて、基板上に電界効果トランジスタを形成することによって素子形成層を設けてもよい。また、基板としてＳＯＩ基板を用いて、その上に素子形成層を設けてもよい。この場合、ＳＯＩ基板はウェハの貼り合わせによる方法や酸素イオンをＳｉ基板内に打ち込むことにより内部に絶縁層を形成するＳＩＭＯＸと呼ばれる方法を用いて形成すればよい。
【０１２９】
さらには、記憶素子部を、アンテナとして機能する導電層が設けられた基板に設けてもよい。またトランジスタに接続するセンサを設けてもよい。
【０１３０】
なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。また本実施の形態で作製した半導体装置を、基板より公知の剥離工程により剥離し、フレキシブルな基板上に接着することで、フレキシブルな基体上に設けることができ、可撓性を有する半導体装置を得ることができる。フレキシブルな基体とは、ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなるフィルム、繊維質な材料からなる紙、基材フィルム（ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等）と接着性合成樹脂フィルム（アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂等）との積層フィルムなどに相当する。フィルムは、熱圧着により、被処理体と加熱処理と加圧処理が行われるものであり、加熱処理と加圧処理を行う際には、フィルムの最表面に設けられた接着層か、又は最外層に設けられた層（接着層ではない）を加熱処理によって溶かし、加圧により接着する。また、基体に接着層が設けられていてもよいし、接着層が設けられていなくてもよい。接着層は、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、エポキシ樹脂系接着剤、樹脂添加剤等の接着剤を含む層に相当する。
【０１３１】
本発明の記憶素子によって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、絶縁層を厚膜化できる。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。この結果、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。
【０１３２】
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記構成を有する半導体装置において、データの読み込みまたは書き込みについて説明する。
【０１３３】
上記構成を有する半導体装置へのデータの書き込みは、電気的作用を加えることにより行うことができる。電気的作用を加えることによりデータの書き込みを行う場合について説明する（図３）。
【０１３４】
電気的作用を加えることによりデータの書き込みを行う場合、ロウデコーダ７２４ａ、カラムデコーダ７２６ａ、セレクタ７２６ｃにより、１つのメモリセル７２１を選択し、その後、書き込み回路を用いて、当該メモリセル７２１にデータを書き込む。具体的には、所望する部分の絶縁層７５２に選択的に大きい電圧を印加して大電流を流し、第１の導電層７５１ｂと第２の導電層７５３ｂの間をショート（短絡）させる。
【０１３５】
ショートした部分は他の部分と比較すると電気抵抗が大幅に小さくなる。このように、電気的作用を加えることにより、２つの導電層間の電気抵抗が変化することを利用してデータの書き込みを行う。例えば、電気的作用を加えていない絶縁層を「０」のデータとする場合、「１」のデータを書き込む際は、所望の部分の絶縁層に選択的に大きい電圧を印加して大電流を流すことによって、ショートさせて電気抵抗を小さくする。
【０１３６】
続いて、記憶素子からデータの読み出しを行う際の動作について説明する（図９参照。）。ここでは、読み出し回路７２６ｂは、抵抗素子７４６とセンスアンプ７４７を含む構成とする。但し、読み出し回路７２６ｂの構成は上記構成に制約されず、どのような構成を有していてもよい。
【０１３７】
データの読み出しは、第１の導電層７５１ｂと第２の導電層７５３ｂの間に電圧を印加して、絶縁層７５２の電気抵抗を読み取ることにより行う。例えば、上述したように、電気的作用を加えるによりデータの書き込みを行う場合、電気的作用を加えていないときの抵抗値Ｒａ１と、電気的作用を加えて２つの導電膜間をショートしたときの抵抗値Ｒｂ１は、Ｒａ１＞Ｒｂ１を満たす。このような抵抗値の相違を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行う。
【０１３８】
例えば、メモリセルアレイ７２２が含む複数のメモリセル７２１から、ｘ列目ｙ行目に配置されたメモリセル７２１のデータの読み出しを行う場合、まず、ロウデコーダ７２４ａ、カラムデコーダ７２６ａ、セレクタ７２６ｃにより、ｘ列目のビット線Ｂｘと、ｙ行目のワード線Ｗｙを選択する。そうすると、メモリセル７２１が含む絶縁層と、抵抗素子７４６とは、直列に接続された状態となる。このように、直列に接続された２つの抵抗素子の両端に電圧が印加されると、ノードαの電位は、絶縁層７５２の抵抗値Ｒａ又はＲｂに従って、抵抗分割された電位となる。そして、ノードαの電位は、センスアンプ４７に供給され、当該センスアンプ７４７において、「０」と「１」のどちらの情報を有しているかを判別される。その後、センスアンプ７４７において判別された「０」と「１」の情報を含む信号が外部に供給される。
【０１３９】
上記の方法によると、絶縁層の電気抵抗の状態は、抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、電圧値で読み取っている。しかしながら、電流値を比較する方法でもよい。これは、例えば、絶縁層に電気的作用を加えていないときの電流値Ｉａ１と、電気的作用を加えて２つの導電膜間をショートしたときの抵抗値Ｉｂ１は、Ｉａ１＜Ｉｂ１を満たすことを利用するものである。このように電流値の相違を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行ってもよい。
【０１４０】
上記構成を有する記憶素子および当該記憶素子を備えた半導体装置は、不揮発性メモリであるため、データを保持するための電池を内蔵する必要がなく、小型、薄型、軽量の半導体装置の提供することができる。また、上記実施の形態で用いる絶縁性材料を絶縁層として用いることによって、データの書き込み（追記）は可能であるが、データの書き換えを行うことはできない。従って、偽造を防止し、セキュリティを確保した半導体装置を提供することができる。
【０１４１】
なお、本実施の形態では、記憶回路の構成が単純であるパッシブマトリクス型の記憶素子および当該記憶素子を備えた半導体装置を例に挙げて説明を行ったが、アクティブマトリクス型の記憶回路を有する場合であっても、同様にデータの書き込みまたは読み出しを行うことができる。
【０１４２】
ここで、アクティブマトリクス型の場合において、電気的作用により記憶素子部のデータを読み出す場合に関して図１４に具体例を挙げて説明する。
【０１４３】
図１４は、記憶素子部に「０」のデータの書き込みを行った記憶素子部の電流電圧特性９５１と、「１」のデータの書き込みを行った記憶素子部電流電圧特性９５２と、抵抗素子２４６の電流電圧特性９５３を示しており、ここでは抵抗素子２４６としてトランジスタを用いた場合を示す。また、データを読み出す際の動作電圧として、第１の導電層２４３と第２の導電層２４５の間に３Ｖを印加した場合について説明する。
【０１４４】
図１４において、「０」のデータの書き込みが行われた記憶素子部を有するメモリセルでは、記憶素子部の電流電圧特性９５１とトランジスタの電流電圧特性９５３との交点９５４が動作点となり、このときのノードαの電位はＶ１（Ｖ）となる。ノードαの電位はセンスアンプ２４７に供給され、当該センスアンプ２４７において、上記メモリセルが記憶するデータは、「０」と判別される。
【０１４５】
一方、「１」のデータの書き込みが行われた記憶素子部を有するメモリセルでは、記憶素子部の電流電圧特性９５２とトランジスタの電流電圧特性９５３との交点９５５が動作点となり、このときのノードαの電位はＶ２（Ｖ）（Ｖ１＞Ｖ２）となる。ノードαの電位はセンスアンプ２４７に供給され、当該センスアンプ２４７において、上記メモリセルが記憶するデータは、「１」と判別される。
【０１４６】
このように、記憶素子部２４１の抵抗値に従って、抵抗分割された電位を読み取ることによって、メモリセルに記憶されたデータを判別することができる。
【０１４７】
なお、本実施の形態は、上記実施の形態に示した記憶素子および当該記憶素子を備えた半導体装置の構成と自由に組み合わせて行うことができる。
（実施の形態５）
【０１４８】
本実施形態の半導体装置の構成について、図１２を参照して説明する。図１２に示すように、本発明の半導体装置２０は、非接触でデータを交信する機能を有し、電源回路１１、クロック発生回路１２、データ復調／変調回路１３、他の回路を制御する制御回路１４、インターフェイス回路１５、記憶回路１６、データバス１７、アンテナ（アンテナコイル）１８、センサ２１、センサ回路２２を有する。
【０１４９】
電源回路１１は、アンテナ１８から入力された交流信号を基に、半導体装置２０の内部の各回路に供給する各種電源を生成する回路である。クロック発生回路１２は、アンテナ１８から入力された交流信号を基に、半導体装置２０の内部の各回路に供給する各種クロック信号を生成する回路である。データ復調／変調回路１３は、リーダライタ１９と交信するデータを復調／変調する機能を有する。制御回路１４は、記憶回路１６を制御する機能を有する。アンテナ１８は、電磁界或いは電波の送受信を行う機能を有する。リーダライタ１９は、半導体装置との交信、制御及びそのデータに関する処理を制御する。なお、半導体装置は上記構成に制約されず、例えば、電源電圧のリミッタ回路や暗号処理専用ハードウエアといった他の要素を追加した構成であってもよい。
【０１５０】
記憶回路１６は、一対の導電層間に絶縁層又は相変化層が挟まれた記憶素子を有することを特徴とする。なお、記憶回路１６は、一対の導電層間に絶縁層又は相変化層が挟まれた記憶素子のみを有していてもよいし、他の構成の記憶回路を有していてもよい。他の構成の記憶回路とは、例えば、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＦＲＡＭ、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ及びフラッシュメモリから選択される１つ又は複数に相当する。
【０１５１】
センサ２１は抵抗素子、容量結合素子、誘導結合素子、光起電力素子、光電変換素子、熱起電力素子、トランジスタ、サーミスタ、ダイオードなどの半導体素子で形成される。センサ回路２２はインピーダンス、リアクタンス、インダクタンス、電圧又は電流の変化を検出し、アナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）して制御回路１４に信号を出力する。
（実施の形態６）
【０１５２】
本発明によりプロセッサチップ（無線チップ、無線プロセッサ、無線メモリ、無線タグともよぶ）として機能する半導体装置を形成することができる。本発明の半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。
【０１５３】
紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの（金券）、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指し、プロセッサチップ９０を設けることができる（図１３（Ａ）参照）。証書類とは、運転免許証、住民票等を指し、プロセッサチップ９１を設けることができる（図１３（Ｂ）参照）。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指し、プロセッサチップ９７を設けることができる（図１３（Ｃ）参照）。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す。包装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指し、プロセッサチップ９３を設けることができる（図１３（Ｄ）参照）。書籍類とは、書物、本等を指し、プロセッサチップ９４を設けることができる（図１３（Ｅ）参照）。記録媒体とは、ＤＶＤソフト、ビデオテープ等を指、プロセッサチップ９５を設けることができる（図１３（Ｆ）参照）。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指し、プロセッサチップ９６を設けることができる（図１３（Ｇ）参照）。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（テレビ受像機、薄型テレビ受像機）、携帯電話等を指す。
【０１５４】
本発明の半導体装置は、プリント基板に実装したり、表面に貼ったり、埋め込んだりして、物品に固定される。例えば、本なら紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりして、各物品に固定される。本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後も、その物品自体のデザイン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本発明の半導体装置を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に本発明の半導体装置を設けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。
【０１５５】
次に、本発明の半導体装置を実装した電子機器の一態様について図面を参照して説明する。ここで例示する電子機器は携帯電話機であり、筐体２７００、２７０６、パネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３、操作ボタン２７０４、バッテリ２７０５を有する（図１２（Ｂ）参照）。パネル２７０１はハウジング２７０２に脱着自在に組み込まれ、ハウジング２７０２はプリント配線基板２７０３に嵌着される。ハウジング２７０２はパネル２７０１が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。プリント配線基板２７０３には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの１つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。プリント配線基板２７０３に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット（ＣＰＵ、Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等のいずれかの機能を有する。
【０１５６】
パネル２７０１は、接続フィルム２７０８を介して、プリント配線基板２７０３と一体化される。上記のパネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３は、操作ボタン２７０４やバッテリ２７０５と共に、筐体２７００、２７０６の内部に収納される。パネル２７０１が含む画素領域２７０９は、筐体２７００に設けられた開口窓から視認できるように配置されている。
【０１５７】
上記の通り、本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴により、電子機器の筐体２７００、２７０６内部の限られた空間を有効に利用することができる。
【０１５８】
また、本発明の半導体装置は、一対の導電層間に絶縁層が挟まれた単純な構造の記憶素子を有するため、安価な半導体装置を用いた電子機器を提供することができる。また、本発明の半導体装置は高集積化が容易なため、大容量の記憶回路を有する半導体装置を用いた電子機器を提供することができる。
【０１５９】
また、本発明の半導体装置が有する記憶装置は、電気的作用によりデータの書き込みを行うものであり、不揮発性であって、データの追記が可能であることを特徴とする。上記特徴により、書き換えによる偽造を防止することができ、新たなデータを追加して書き込むことができる。従って、高機能化と高付加価値化を実現した半導体装置を用いた電子機器を提供することができる。
【０１６０】
なお、筐体２７００、２７０６は、携帯電話機の外観形状を一例として示したものであり、本実施の形態に係る電子機器は、その機能や用途に応じて様々な態様に変容しうる。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】本発明を説明する概念図。
【図２】本発明の記憶装置を説明する図。
【図３】本発明の記憶装置を説明する図。
【図４】本発明の記憶装置を説明する図。
【図５】本発明の記憶装置を説明する図。
【図６】本発明の記憶装置を説明する図。
【図７】本発明の記憶装置を説明する図。
【図８】本発明の記憶装置を説明する図。
【図９】本発明の記憶装置を説明する図。
【図１０】本発明の半導体装置を説明する図。
【図１１】本発明の半導体装置を説明する図。
【図１２】本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。
【図１３】本発明の半導体装置を説明する図。
【図１４】本発明の記憶装置を説明する図。
【図１５】本発明に適用することのできる液滴吐出装置の構成を説明する図。
【図１６】本発明を記憶装置の作製工程を説明する図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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